欧美量子突破！铒分子量子比特直通电信级网络！

近期，全球量子科技领域取得一项引人注目的进展：科学家成功研发出一种基于铒元素的分子量子比特（erbium molecular qubits），该技术有望直接接入现有光纤网络，为构建电信级量子系统奠定基础。

新媒网跨境获悉，这一创新性量子比特设计，旨在结合精确的光学跃迁与自旋跃迁特性，并能在标准电信波段进行操作。这意味着磁性量子态可以通过与标准光纤基础设施兼容的光信号进行控制和读取。这种高分辨率的自旋-光子接口技术，对于推动可扩展量子网络的建设具有重要意义，无需从零开始构建全新的通信硬件。

一、关键技术突破：铒分子量子比特的设计与优势

此次突破的核心在于，科学家们创造了一种能够将量子系统与现有光纤网络无缝连接的铒基分子量子比特。这些量子比特不仅具备精确的光学和自旋跃迁特性，更关键的是，它们能够在符合电信标准的波长下进行操作。这意味着，通过利用与现有光纤通信基础设施兼容的光信号，研究人员可以对磁性量子态进行有效的控制与读取。

该项研究由美国芝加哥大学的科学家主导，并与美国加州大学伯克利分校、美国阿贡国家实验室以及美国劳伦斯伯克利国家实验室紧密合作完成。这项工作获得了美国能源部科学办公室和Q-NEXT国家量子信息科学研究中心的支持。研究团队通过精心设计有机铒分子，使其同时具备强大的磁相互作用和在电信波段内的光学跃迁能力，从而构建了一个可控且可调谐的量子系统。

这种分子量子比特在纳米尺度上提供了一个自旋-光子接口。据美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院的博士后研究员、该研究的共同第一作者利亚·魏斯（Leah Weiss）介绍，这些分子能够充当“磁世界与光世界之间的纳米级桥梁”。通过结合光学光谱学和微波技术，研究人员能够以兆赫兹级别的精度寻址和操控量子态。

二、技术融合：量子比特与现有通信网络的衔接

此次技术发展的一个显著特点是其与现有光纤网络的兼容性。由于这些量子比特的光学跃迁频率落在电信波段内，它们可以直接与硅光子平台集成。这种兼容性不仅使得在工作站层面进行开发实验成为可能，也为未来在数据中心进行大规模部署，从而支持更广泛的网络应用提供了路径。

双重控制机制使得基于自旋的量子处理器或传感器能够与光子系统实现连接。这些特性构成了集成量子设备和通信网络的潜在基石。该量子比特的设计有望加速光学、微波和量子控制功能在单一芯片上集成的混合系统的开发。此外，这些系统还在传感、量子通信以及集成量子平台等领域展现出新的应用前景。

铒分子量子比特能够被整合到具备通过商用光纤传输、纠缠和分发量子态能力的系统中。这种方法允许量子网络直接接入现有的光学基础设施，同时保持与经典网络的兼容性。美国芝加哥大学分子工程与物理学教授、该研究的首席研究员大卫·奥什科洛姆（David Awschalom）表示：“通过展示这些铒分子量子比特的多功能性，我们正在向着可直接接入当前光学基础设施的可扩展量子网络迈出又一步。”

三、展望与挑战：从技术可行性到实际部署

尽管研究成果展示了技术上的可行性，但将其推广至实际应用，仍需在真实网络条件下进行严格评估。当前，将这些量子比特与基于中央处理器的控制器集成、管理大规模数据中心部署，以及确保性能的一致性和稳定性，都是摆在面前的挑战。这些方面的工作仍在进行中。

新媒网跨境了解到，此项研究旨在推动量子网络领域的发展，但在广泛采用之前，还需要进行大量的测试和验证工作。这意味着，虽然量子比特的研发已取得了重要进展，但从实验室走向大规模商业应用，仍有一段道路需要探索。未来的研究将集中于优化系统性能、提升集成度以及解决实际应用中的工程难题。

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本文来源：新媒网 https://nmedialink.com/posts/us-eu-quantum-breakthrough-telecom-net.html